CN1386790A - 高温贮存稳定的沥青生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高温贮存稳定的沥青生产工艺,特别是高温贮存稳定的苯乙烯－丁二烯－苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)和炭黑复合改性沥青的生产工艺。该工艺先将SBS、炭黑和加工助剂通过高分子加工设备预先混合,得到沥青的改性剂,然后通过剪切搅拌设备使改性剂充分分散到基质沥青中,使炭黑与沥青、SBS之间有良好的结合。本发明所得改性沥青材料高、低温性能优良,高温贮存稳定,稳定方法简单、方便,可供道路铺设、防水材料使用。

Description

高温贮存稳定的沥青生产工艺

技术领域：本发明涉及一种高温贮存稳定的沥青生产工艺，特别是高温贮存稳定的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)和炭黑复合改性沥青材料的生产工艺。

背景技术：SBS是石油沥青改性中使用较多的改性剂，SBS可明显改善沥青的高、低温性能，提高沥青的耐老化性能。但是，SBS与沥青进行简单的共混存在许多缺点，第一，大多数SBS与沥青不能完全相容，导致改性沥青体系在高温下贮存稳定性不好，实际使用过程中，特别是遇到雨天或其他原因不能正常施工，使改性沥青发生分层，导致其性能比基质沥青的性能还差，因此需要采用连续搅拌方法使体系不容易分离，既增加操作工序又增加了生产成本。第二，要使沥青满足较繁重的交通条件和气候环境条件较苛刻地区，SBS的添加量较多，使改性沥青成本增加。这些缺点大大降低了SBS改性沥青实际中的广泛应用。

为解决上述问题，美国专利USP3,634,293、USP4,145,322、USP4,130,516报道了用丁苯橡胶等改性沥青时，加入过氧化物、硫黄等交联剂，从而使高聚物改性沥青材料的高温贮存稳定性得到显著改善，但由于交联剂用量较大，体系的粘度过高以致无法施工。国际专利WO 45488(1997)报道了用线性SB两嵌段与星形SBS三嵌段共聚物并用改性沥青时，加入较少量的交联剂，同样得到了性能优良、贮存稳定的道路用沥青材料。国内也有许多报道，如张隐西等(中国专利公开号1287133)通过特殊的方法使SBS、SBR与沥青反应，提高沥青性能和高温贮存稳定性。

用炭黑、粉煤灰、废轮胎裂解炭黑和硅藻土等无机材料来改性沥青也有较多的报道，一般将这些无机材料添加到沥青中提高沥青的高温使用性能，但需要添加到一定量后，才有明显的改性效果。

对于聚合物与炭黑共同改性沥青国内也有一些报道。严家及(中国专利公开号1048867)先将SBS溶胀，溶胀好后和沥青混合制成SBS改性沥青母液，然后将此母液与经溶胀剂处理的炭黑按比例加入沥青池中，搅拌均匀后得到复合改性沥青，以提高SBS改性沥青的性能。罗东山等(中国专利公开号1228456)选择高剪切力的橡胶炼胶机预制改性母料，该改性母料的配比为聚合物100重量份，沥青100-200重量份，炭黑为2-20重量份，从而解决沥青与聚合物难以混合问题。

发明内容：本发明目的在于采用一种简单方便的稳定方法，使得到改性沥青材料的高、低温性能优良。

本发明的高温贮存稳定的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物和炭黑复合改性沥青的生产工艺，首先将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、炭黑和加工助剂通过高分子加工设备预先混合，得到混合物改性剂，然后用剪切设备将此改性剂细分散到基质沥青中，得到高温贮存稳定的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物和炭黑复合改性沥青。采用此种加工工艺可以起到以下两方面的效果。一方面进入SBS的炭黑起到增强SBS的作用，减少SBS改性剂的用量，降低成本；另一方面，改变SBS与沥青的密度差，分布在沥青中的炭黑可以减少SBS颗粒的碰撞聚集，从而大大提高SBS改性沥青的高温贮存稳定性和高温使用性能。

本发明使用的SBS包括适用于沥青改性的各种线型或星型SBS，或其共混物，SBS的苯乙烯嵌段含量为20％-40％(重量百分比)，丁二烯嵌段含量为60％-80％(重量百分比)，分子量范围为5万-30万。在共混物改性剂中的用量为20％-80％(重量百分比)，在改性沥青体系中占1％-15％(重量百分比)。

本发明使用的炭黑为橡胶工业中常用炭黑，包括各种粒径的炭黑，粒径范围为10nm-500nm，如超耐磨炉黑、中超耐磨炉黑、高耐磨炉黑、细粒子炉黑、快压出炉黑、通用炉黑、半补强炉黑和热裂法炭黑等。

本发明使用的加工助剂是使SBS和炭黑混合加工方便的软化剂，包括芳烃油、环烷油等操作油、沥青等。

SBS、炭黑和加工助剂中SBS的用量范围为20％-80％(重量百分比)，炭黑用量范围为20％-80％(重量百分比)，加工助剂为1％-80％(重量百分比)。SBS和炭黑复合改性沥青中SBS的用量为1％-15％(重量百分比)，炭黑用量为1％-10％(重量百分比)，加工助剂为1％-10％(重量百分比)。

本发明的加工工艺如下：

先将SBS、加工助剂和炭黑通过高分子材料加工设备如密炼机、开炼机、单螺杆挤出机和双螺杆挤出机等，使它们在550℃-200℃下混合5-20min，然后用高速剪切设备如高速剪切机、胶体磨等设备，将该共混物与沥青在130℃-200℃的条件下，剪切5-60min，也可用普通剪切搅拌设备混合分散，只是时间要长一些。

本发明所得改性沥青材料高、低温性能优良，高温贮存稳定，稳定方法简单、方便，可供道路铺设、防水材料使用。

具体实施方式：下面实施例是对本发明的进一步说明，并不是限制本发明的范围。实施例1：将30g SBS(1301)、炭黑HAF(变量)、5g沥青加入140℃的HAAKE混合器中，等三种物质加入完后，混炼10min，制得预混物。然后将一定量的预混物加入160℃的热态沥青中，用高速剪切混合器搅拌分散30min。空白样，4％SBS改性沥青也按以上加工条件获得。作为对比实验，炭黑与SBS直接分别单独加入到沥青中，看其性能及分离情况。所得改性沥青的性能如表1所示：

按GB/T4508、GB/T4507、JTJ052/T660、ASTM D4402测试延伸度、软化点、分离度、粘度等性能指标。

              表1 SBS与SBS和炭黑改性沥青的性能

炭黑用量	软化点/℃	延度/cm(5℃)	粘度/cp(135℃)	贮存后上层软化点	贮存后下层软化点	分离度/℃
							0	60	58	1021	＞80	50	＞30
1％	61	40	908	75	52	23
							2％	63	52	958	63	62	1
2％*	60	49	1010	＞80	50	＞30

基本配方：沥青：100；SBS：4；炭黑用量如表所示

注：贮存稳定条件：163℃×48h，*表示炭黑与SBS直接分别单独加

如表1所示，改性沥青中加入1％的炭黑后，高温贮存稳定性有了明显提高，当加入2％炭黑后，体系贮存稳定。但当SBS与炭黑分别单独加的改性沥青体系贮存稳定性没有改变，仍然不稳定，说明SBS与炭黑预先混合起着关键作用。

实施例2：将30g SBS(1301)、15g炭黑、5g沥青加入140℃的HAKKE混合器中，等三种物质加入完后，混炼10min，制得预混物。然后将一定量的预混物加入160℃的热态沥青中，用高速剪切混合器搅拌分散30min，分别得到用炭黑稳定的SBS含量为3％、4％和5％SBS的改性沥青。所得改性沥青的性能如表2所示：

              表2 不同SBS/炭黑用量改性沥青的性能

SBS用量	软化点/℃	延度(5℃)	粘度/cp(135℃)	贮存后上层软化点	贮存后下层软化点	分离度/℃
							3％	53	47	700	54	53	1
4％	63	45	958	63	62	1
							5％	67	50	1401	69	70	1

基本配方：沥青：100；SBS：用量如表所示；炭黑用量为SBS的1/2

由表2可见，当SBS/炭黑比例为2/1时，变化SBS用量对体系稳定性没有影响，说明SBS在所选改性范围内都是稳定的，炭黑的稳定作用具有普遍性。

Claims (5)

1.高温贮存稳定的沥青生产工艺，其特征在于首先将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、炭黑和加工助剂通过高分子加工设备预先混合，得到混合物改性剂，然后用剪切设备将此改性剂细分散到基质沥青中，得到高温贮存稳定的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物和炭黑复合改性沥青。

2.根据权利要求1所述的高温贮存稳定的沥青生产工艺，其特征在于苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物包括线型苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、星型苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物及其共混物，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物的苯乙烯嵌段含量为20％-40％(重量百分比)，丁二烯嵌段含量为60％-80％(重量百分比)，分子量范围为5万-30万，在共混物改性剂中的用量为20％-80％(重量百分比)，在改性沥青体系中占1％-15％(重量百分比)。

3.根据权利要求1所述的高温贮存稳定的沥青生产工艺，其特征在于炭黑包括各种粒径的炭黑，粒径范围为10nm-500nm，其中包括超耐磨炉黑、中超耐磨炉黑、高耐磨炉黑、细粒子炉黑、快压出炉黑、通用炉黑、半补强炉黑和热裂法炭黑，在共混改性剂中的用量为20％-80％(重量百分比)，在改性沥青体系中占1％-10％(重量百分比)。

4.根据权利要求1所述的高温贮存稳定的沥青生产工艺，其特征在于加工助剂包括芳烃油、环烷油、沥青，其用量范围为1％-80％(重量百分比)。

5.根据权利要求1所述的高温贮存稳定的沥青生产工艺，其特征在于加工设备包括高温开炼机、密炼机和螺杆挤出机，剪切设备包括能将苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物及炭黑细分散到沥青中的高速剪切设备、胶体磨，也包括普通剪切搅拌设备。